Thông tin tài liệu
Triển khai ứng dụng mơ hình Ecomsed tính tốn vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phòng Phạm Hải An Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97 Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Nghiên cứu hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, xạ, mưa, gió), thủy hải văn (lưu lượng sơng, thủy triều, dịng chảy, sóng), trạng mơi trường trầm tích khu vực Mơ hình Ecomsed tốn mơ lan truyền trầm tích lơ lửng (TSS) Tính tốn lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng: kết tính tốn, phân tích trường thủy lực lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sơng ven biển Hải Phịng Keywords: Hải dương học; Trầm tích; Hải Phịng Content MỞ ĐẦU Khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng khu vực thuộc vùng trọng điểm phát triển kinh tế phía Bắc, có cảng biển lớn Hải Phịng nằm cạnh khu vực có nhu cầu bảo vệ môi trường cấp bách Khu di sản thiên nhiên Thế giới - vịnh Hạ Long; Khu dự trữ sinh Cát Bà, khu du lịch biển Đồ Sơn Bởi mà tương tác xảy phạm vi gây ảnh hưởng mức Quốc gia Quốc tế nội khu vực khu vực kế cạnh Bên cạnh đó, vấn đề cịn nảy sinh làm liên quan đến trình hoạt động dân sinh - kinh tế tỉnh lưu vực hệ thống sơng Thái Bình sơng Hồng Do đặc tính nằm vùng hạ lưu hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình, vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng có mạng lưới sơng ngịi dày đặc với mật độ khoảng 0,6-0,8 km/km2 Trong có cửa sơng đổ biển cửa Lạch Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc Thái Bình Cùng với vị trí địa lý thuận lợi, sơng khu vực góp phần quan trọng việc phát triển số ngành kinh tế giao thông - vận tải, nuôi trồng khai thác thuỷ hải sản phát triển kinh tế xã hội thành phố Hải Phịng Khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng có vị trí quan trọng sinh thái môi trường hệ thống ven bờ phía bắc với hệ sinh thái đặc thù vùng triều cửa sông, rừng ngập mặn, thảm cỏ biển v.v Tuy nhiên, năm gần phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội nước ta nói chung thành phố Hải Phịng nói riêng làm gia tăng lượng chất gây ô nhiễm (một phần từ nơi khác theo nước sông từ thượng nguồn đưa về, phần hoạt động kinh tế - xã hội địa phương) đưa vào khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng biến khu vực trở thành nơi tập trung lượng lớn chất gây ô nhiễm, gây ô nhiễm vẩn đục môi trường nước Ngoài ra, việc nạo vét luồng tàu vào cảng Hải Phòng diễn năm làm cho chất gây nhiễm tích tụ theo thời gian trầm tích có điều kiện phát tán trở lại môi trường nước Các chất gây ô nhiễm gây ảnh hưởng lớn đến môi trường nước khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng Sự ảnh hưởng tiêu cực đưa qua kết điều tra nghiên cứu gần đây, cho thấy mơi trường nước khu vực có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng với số biểu như: hàm lượng chất lơ lửng gây vẩn đục cao, chất dinh dưỡng nước tăng; lượng ơxy hồ tan nước số nơi thấp, xuất số độc tố thể sinh vật với hàm lượng cao v.v Sự ô nhiễm môi trường khu vực không tác động lớn đến hệ sinh thái, làm suy giảm đa dạng trữ lượng nguồn lợi thuỷ sản khu vực cửa sông ven biển, giảm sức hấp dẫn khu du lịch (Đồ Sơn, Cát Bà), ảnh hưỏng đến sức khoẻ người mà gián tiếp ảnh hưởng tới phát triển kinh tế - xã hội thành phố Để tìm hiểu chế đề xuất phương hướng khắc phục, nhằm ổn định mơi trường nước cách bền vững, có nhiều đề tài nghiên cứu tiến hành liên quan đến mơi trường nước khu vực Điển đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn thải lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý nhiễm vùng biển ven bờ phía bắc” năm 2001 [3]; đề tài: “Điều tra trạng môi trường sông Rế, sông Giá đề xuất giải pháp bảo vệ” năm 2003 [4]; đề tài: “Điều tra, đánh giá tình trạng nhiễm suy thối mơi trường khu vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng đề xuất giải pháp bảo vệ”, Trần Đức Thạnh cộng thực năm 2006 [5] Tuy nhiên, việc đánh giá q trình lan truyền chất gây nhiễm cho tồn khu vực cửa sơng ven biển Hải Phòng hạn chế Bởi phạm vi nghiên cứu nhỏ vùng cửa sông (phần lớn cửa sông Bạch Đằng), số lượng mẫu thu thập nhiều điểm song lấy tức thời, mô biến đổi hàm lượng chất nhiễm dịng chảy sơng đưa ra, dao động mực nước Do cần thiết phải có đánh giá tồn diện đồng nguồn, số lượng chất gây ô nhiễm trầm tích lơ lửng, hữu cơ, dinh dưỡng vào cửa sơng Hải Phịng trước biển (gồm nguồn từ thượng nguồn từ nguồn thải bên bờ sông) Đồng thời, xem xét đánh giá lan truyền trình biến đổi chúng nước vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng để mơ q trình biến đổi, chuyển hố, vận chuyển lan truyền vật chất có chất gây nhiễm như: “Ứng dụng mơ hình chiều để nghiên cứu lan truyền trầm tích lơ lửng vùng biển ven bờ Quảng Ninh” Đinh Văn Ưu nnk năm 2005 [8]; “Nghiên cứu trình động lực học, dự báo vận chuyển bồi lắng bùn cát Lạch Huyện Nam Đồ Sơn trước sau xây dựng cảng nước sâu giải pháp khắc phục” Nguyễn Văn Cư nnk năm 2008 [2]; Vận chuyển trầm tích biến đổi địa hình đáy vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng”, Đinh Văn Ưu năm 2009 [7]; “Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường đề xuất giải pháp phát triển bền vững khu vực Vịnh Hạ Long - Vịnh Bái Tử Long”, Trần Đức Thạnh [6] Nhờ mà kết mơ kịch dự báo nói diễn biến lan truyền chất gây ô nhiễm ảnh hưởng chúng tới môi trường nước đạt độ xác cao hơn; nguồn thơng tin tham khảo bổ ích cho nhà chun mơn, giúp nhà quản lý hoạch định sách việc quản lý nguồn gây ô nhiễm, hạn chế tác động chúng đến môi trường sinh thái vùng cửa sông ven biển Hải Phịng mục tiêu phát triển bền vững Trước thực trạng đó, khn khổ Luận văn Thạc sĩ, học viên Thầy hướng dẫn giao thực đề tài mang tên: Triển khai ứng dụng mơ hình Ecomsed tính tốn vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phòng với mục tiêu: đánh giá lan truyền trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng Qua đó, học viên xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn - TS Nguyễn Thọ Sáo, thầy khoa Khí Tượng Thủy văn Hải dương học Viện Tài nguyên Môi trường biển - quan nơi học viên công tác, cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành nhiệm vụ thân suốt khóa học Thạc sĩ Nội dung chinh Luận văn trình bày theo bố cục sau: Phần mở đầu: Sơ lược nội dung, phương pháp nghiên cứu mục tiêu Chƣơng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: cách thức tiếp cận lựa chọn phương pháp; tình hình nghiên cứu nước, ngồi nước Chƣơng Tổng quan điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu: hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, xạ, mưa, gió), thủy hải văn (lưu lượng sơng, thủy triều, dịng chảy, sóng), trạng mơi trường trầm tích khu vực nghiên cứu Chƣơng Mơ hình Ecomsed tốn mơ lan truyền trầm tích lơ lửng: tổng quan mơ hình Ecomsed; sở tốn học mơ hình(thủy lực, sóng, trầm tích); cách thức triển khai hiệu chỉnh mơ hình tính tốn, mơ trầm tích lơ lửng Chƣơng Tính tốn lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng: kết tính tốn, phân tích trường thủy lực lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sơng ven biển Hải Phịng Kết luận CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tƣợng mục tiêu Đặc điểm lan truyền chất ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực, hàm lượng chất gây ô nhiễm mơi trường nước Tìm hiểu liên quan đến vấn đề trên, khuôn khổ báo cáo Luận văn Thạc sĩ, học viên lựa chọn đối tượng: trầm tich lơ lửng cho nghiên cứu với tác động điều kiện thủy động lực khu vực với hai mục tiêu sau: - Hiểu phương pháp ứng dụng mơ hình Ecomsed việc tính tốn vận chuyển trầm tích lơ lửng - Mơ q trính vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng 1.2 Tiếp cận lựa chọn phƣơng pháp Phương pháp tiếp cận hệ thống coi khu vực nghiên cứu hệ thống tương đối độc lập, có dịng vật chất vào, dịng dịng tích tụ Đối với khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng, dịng vào xuất phát từ mặt cắt (biên) phía cửa sơng, điểm nguồn thải dọc bờ sơng, cịn dịng phía cửa sơng tiếp giáp với biển (biên phía ngồi) Các q trình trao đổi chuyển hố chất gây nhiễm diển khu vực biên chịu tác động chi phối yếu tố động lực (sóng, dịng chảy sơng, thuỷ triều), yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ mặn) yếu tố khác Trong Luận văn: việc mơ hình hóa q trình thuỷ động lực, lan truyền chất ô nhiễm dựa sở áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu: địa hình, đường bờ, khí hậu, khí tượng thủy văn, nguồn thải v.v; phương pháp điều tra khảo sát; phân tích mẫu trường phịng thí nghiệm phục vụ thiết lập chạy mơ hình thủy động lực, lan truyền trầm tích lơ lửng trạng (mùa mưa, khô năm 2009) khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, tiến tới tiến hành đánh giá lượng chất gây nhiễm trầm tích lơ lửng vào môi trường nước khu vực nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi khu vực nghiên cứu tồn vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng gồm sơng đổ biển Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm Bạch Đằng, vùng biển ven bờ phía ngồi cửa sơng Các nguồn ô nhiễm vào vùng ven biển xác định qua kết khảo sát mùa mặt cắt gần cửa sông điểm nguồn thải Vùng tính tốn đề tài mở rộng đến khu vực phía đơng đơng nam quần đảo Cát Bà Trong chủ yếu tập trung phân tích kết lan truyền trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông Bạch Đằng, khu vực cửa Lạch Tray, ảnh hưởng đến khu vực Đồ Sơn, Cát Hải đảo Cát Bà 1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc Ngoài nước: Dựa nghiên cứu lý thuyết trầm tích đáng kể cơng trình H.A Einstein (1950), Krone Partheniades (1962, 1968), E.W BijJker (1967, 1971), Leo C Van Rijn (1993), J.W Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997) khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành cẩm nang sử dụng như: Động lực gần bờ trình bờ - Lý thuyết, đo đạc mơ hình dự báo Horikawa K., 1978, Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho ứng dụng thực tiễn, ngun lý vận chuyển trầm tích sơng, cửa sơng hình phễu biển ven bờ Richard S., 1997, hay Các nguyên lý vận chuyển trầm tích sông, cửa sông ven biển Leo C Van Rijn, 1993 Ngày nay, vấn đề giải qut phương diện mơ hình Sự phát triển mơ hình chiều - nghiêng nhiều tính lý thuyết Trong đó, phát triển mơ hình hai chiều - thường lấy trung bình theo độ sâu giải vấn đề hệ thống thủy động lực, có lợi cho kiểu phân tích kiểu hồn lưu phức tạp dịng chảy khơng ổn định Mô tốt phải nhắc tới số mô hình sau: mơ hình Delft3D phát triển Viện Thủy lực Delft; mơ hình SED2, CH3D-SED (Chapman, 1996); (Resource Management Associates); mơ hình mã nguồn mở đại dương POM (Princeton Ocean Model) mơ hình ROMS (Regional Ocean Modeling System); mơ hình mã nguồn mở COHERENS (Coupled Hydrodynamical Ecological model for Regional Shelf) bao gồm thủy động lực sinh thái (dòng chảy, nhiệt độ, độ muối, sinh vật phù du, q trình sinh địa hóa, trầm tích lơ lửng phát tán vật chất theo công thức Eulerian Lagrangian cho vùng thềm lục địa, phát triển Luyten P (1996, 1999); mơ hình ECOMSED tính tốn vận chuyển trầm tích (HydroQual, 2003); mơ hình IPX-MT (In-Place Pollutant Export-Modified Transport), mơ hình SEDZL (Sediment / Contaminant Transport Model, EPA) Trong nước: Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, nghiên cứu liên quan đến vận chuyển, lan truyền trầm tích cho kết tốt bao gồm: Mơ q trình vận chuyển phân bố trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng mơ hình Delft3D (Đỗ Đình Chiến, 2005); Đánh giá khả tích tụ phân tán chất ô nhiễm vùng cửa sông ven biển Việt Nam (Cao Thu Trang, 2007); Nạo vét cảng Hải Phịng số ảnh hưởng đến môi trường hệ sinh thái biển (Bùi Văn Vượng nnk, 2007); Đánh giá tình trạng nhiễm suy thối mơi trường khu vực cửa sơng Cấm - Bạch Đằng đề xuất giải pháp bảo vệ (Trần Đức Thạnh 2008); Đánh giá sức tải môi trường đảo Cát Bà đề xuất giải pháp phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Thử nghiệm đánh giá sức tải môi trường sông Bạch Đằng đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường, phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Mơ hình vận chuyển trầm tích biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sơng cảng Hải Phịng (Đinh Văn Ưu 2009); Đánh giá lan truyền chất gây ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng mơ hình tốn học (Đỗ Trọng Bình, 2010), Hiện trạng môi trường xác định vấn đề ưu tiên phục vụ quản lý tổng hợp vùng bờ biển Hải Phịng (Trần Đình Lân, 2010); Đánh giá tác động thủy thạch - động lực hệ thống đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay quốc tế khu vực ven bờ Tiên Lãng (Nguyễn Đức Cự 2011) Tuy nhiên, thể rõ mối tương quan yếu tố động lực với trình vận chuyển trầm tích phải kể đến nghiên cứu: Nghiên cứu thủy động lực, vận chuyển trầm tích, biến dạng bờ xói lở bờ đảo Cát Hải (Trần Đức Thạnh, 1998); Nghiên cứu điều kiện địa chất- thủy động lực- vận chuyển trầm tích xác định nguyên nhân đục nước bãi biển Đồ Sơn (Nguyễn Văn Cư, 1995); Vận chuyển trầm tích biến đổi địa hình đáy vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng (Đinh Văn Ưu, 2009); Nghiên cứu áp dụng mơ hình MIKE21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận chuyển trầm tích khu vực cửa Văn Úc Lạch Huyện (Nguyễn Văn Cư, 2010) Bởi vậy, ngày với hệ thống máy tính tính tốn song song hiệu cao, việc áp dụng phát triển mơ hình mã nguồn mở ngày trở lên thân thiện đem lại kết hữu hiệu, sử dụng chia sẻ số liệu Việc áp dụng tiếp cận phải kể đến mơ hình tiếng mơ hình POM, ROMS mơ hình ECOMSED CHƢƠNG TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm hình thái địa hình Khu vực nghiên cứu nằm khoảng tọa độ 20030’39”-21001’15” độ vĩ bắc 106023’39”-107008’39” độ kinh đông thuộc vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ, phía đơng bắc Việt Nam thuộc thành phố Hải Phịng, nằm rìa Đơng Bắc châu thổ sơng Hồng Địa hình vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng có độ sâu khơng lớn, độ dốc nhỏ Bề mặt đáy biển cấu tạo thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn lịng sơng cũ dùng làm luồng lạch vào tàu thuyền (Trần Đức Thạnh, 2001) Đối với hình thái địa hình ven bờ: trường độ sâu ven bờ yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điều kiện thủy động lực khu vực Trong Luận văn, học viên số hóa số liệu độ sâu đường bờ khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng từ từ đồ địa hình UTM VN 2000 tỷ lệ 1:50000 1:25 000 Cục Đo đạc Bản đồ xuấtt năm 2005 bổ xung thêm số số liệu độ sâu đo đạc năm gần Đối với hình thái địa hình hướng biển phía ngồi, sử dụng sở liệu Etopo (Noaa-National Oceanic and Atmospheric Administration) số liệu địa hình với độ phân dải 0.5 phút Gebco-1/8 (General Bathymetric Chart of the Ocean) cung cấp Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC) xử lý từ ảnh vệ tinh kết hợp với số liệu đo sâu 2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tƣợng 2.2.1 Nhiệt độ khơng khí Chế độ nhiệt vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng rõ rệt hai hệ thống gió mùa: gió mùa đơng bắc khơ lạnh, gió mùa tây nam nóng ẩm Nhiệt độ khơng khí trung bình năm dao động khoảng 22,5-23,5oC Mùa hạ nóng, nhiệt độ trung bình đạt 25 oC kéo dài từ tháng đến tháng 9, nhiệt độ cao đạt 35oC-40oC, thường xuất vào tháng Mùa đông lạnh, nhiệt độ hạ xuống 20oC kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng năm sau Trong mùa đông, khu vực chịu ảnh hưởng đợt gió mùa đơng bắc, nhiệt độ trung bình 18-20oC, nhiệt độ thấp xuống 10oC 2.2.2 Bức xạ Hầu hết tháng mùa hè có xạ 10 Kcal /cm2, hầu hết tháng mùa đông 7-8 Kcal/cm2 70% xạ ngày tập trung vào 10-15 giờ, cân xạ năm 65-70 Kcal/cm2 Độ ẩm trung bình năm vùng biến đổi từ 82-84%, sâu đất liền 85% Nhìn chung độ ẩm khơng khí có xu hướng tăng dần từ bắc xuống nam từ khơi vào bờ Tháng tháng độ ẩm có giá trị cao khoảng 90-91% Giá trị độ ẩm nhỏ thường xuất vào tháng 10 đến tháng khoảng 73-77% Đây thời kỳ mưa phùn ẩm ướt năm 2.2.3 Lƣợng mƣa Hải phịng nằm vùng khí hậu có tính chất nhiệt đới, mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều mùa đơng khơ lạnh mưa Tổng lượng mưa năm phân bố không theo mùa Lượng mưa cao rơi vào tháng 8, tháng (có thể đạt tới 235 mm), thấp vào tháng 12, khoảng 16mm (số liệu thống kê trạm Hịn Dáu) 2.2.4 Chế độ gió Đối với Hải phịng, ngồi hướng gió Đơng Nam 18,33% Đơng Bắc 12,70% vài hướng gió khác xuất với tần xuất đáng kể gió Nam 12,59% gió Đơng 9,09% Điều giải thích Hải phịng thành phố ven biển nên thường xuyên có gió Đất-Biển Gió biển thổi vào đất liền từ 9-10 đến 20-24 giờ, sau nửa đêm gió thổi từ đất liền biển Chính hệ thống gió Biển - Đất nguyên nhân dẫn đến phân tán hướng gió Hải Phịng so với thành phố khác Đây khác biệt rõ nét chế độ gió vùng ven biển nói chung Hải phịng nói riêng Một mặt khác cạnh biển nên tốc độ gió Hải phịng lớn hơn, đặc biệt gió Đơng Nam Mùa đơng (T11 đến T3 năm sau) khu vực chịu ảnh hưởng chủ yếu khối khơng khí cực đới biến tính hình thành từ vùng Siberia (Nga) tràn phía nam Hướng gió thịnh hành đông bắc, bắc đông, hướng khác chiếm tần suất nhỏ Vận tốc gió trung bình đạt 3,2-3,7 m/s Hàng tháng trung bình có 3-4 đợt gió mùa đơng bắc, kéo dài từ 5-7 ngày, gây mưa nhỏ, vận tốc gió ngày đầu đạt đến cấp 5-6 (tương đương 8-13 m/s), vận tốc gió lớn đảo đạt tới 25-30 m/s, sau giảm dần Mùa hè (tháng đến tháng 9), khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng luồng khơng khí nóng ẩm từ phía tây nam tràn qua Hướng gió thịnh hành chủ yếu đông, đông nam nam 2.3 Đặc điểm thủy văn sông Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng chịu tác động trực tiếp từ nguồn cung cấp nước trầm tích sơng (Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc Thái Bình) nằm phần hạ lưu cuối trước đổ biển hệ thống sơng Thái Bình Nhìn chung sơng có hướng chảy chủ yếu Tây Bắc-Đơng Nam, độ uốn khúc lớn, bãi sông rộng, phù sa bồi đắp ngày nhiều, vùng cửa sông, vài đoạn hình thành doi bãi hay cồn cát Các sơng lớn có cửa trực tiếp đổ biển vừa chịu ảnh hưởng chế độ dòng chảy thượng nguồn, vừa chịu ảnh hưởng chế độ thủy triều vịnh khu vực Càng gần cửa sơng, lịng sơng mở rộng, hai bờ bồi đắp nhiều Tuy nhiên, thời gian gần đây, số vùng cửa sông lắng đọng phù sa có chiều hướng bị thu hẹp, gây khó khăn cho giao thơng thủy thay đổi cấu trúc dịng chảy sơng Khiến cho nguồn cung cấp nước cho hệ thống sơng ngịi Hải Phịng chủ yếu nước từ thượng nguồn, nước mưa lưu vực Dịng chảy sơng có biến đổi lớn theo mùa, tương ứng với mùa mưa mùa khơ có mùa lũ mùa cạn Mùa lũ bắt đầu chậm mùa mưa tháng (vào tháng 6-10), mùa cạn từ tháng 11 đến tháng năm sau Khi lưu lượng nước chiếm 75-85% năm, đặc biệt tháng 7, 8, lưu lượng nước chiếm 50-70% Lũ lớn thường vào tháng tháng 8, chiếm 20-27%, có tới 35% lưu lượng nước năm Các sơng phía bắc Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray chịu ảnh hưởng chế độ lũ từ sông Thái Bình mạnh hơn, phía nam sơng Văn Úc, Thái Bình lại chịu ảnh hưởng chế độ lũ sông Hồng Mùa cạn, lượng nước từ thượng lưu ít, nguồn nước sơng chủ yếu nước ngầm thủy triều, lưu lượng nước chiếm 15-20% năm Hàng năm lưu lượng nước nhỏ thường xuất vào tháng Sông Kinh Thầy (trạm Cửa Cấm) lưu lượng trung bình mùa cạn 115m3/s, lưu lượng kiệt trung bình 47.2m3/s, lưu lượng kiệt 0.1m3/s; sơng Văn Úc (trạm Trung Trang) có lưu lượng trung bình mùa cạn 193m3/s, lưu lượng kiệt trung bình 63.2m3/s, lưu lượng nhỏ 52.5m3/s; sơng Mới (trạm sơng Mới) lưu lượng trung bình mùa cạn 82.6m3/s, lưu lượng kiệt trung bình 53.0m3/s, lưu lượng kiệt 48.2m3/s; sơng Thái Bình (trạm Cống Rỗ) lưu lượng trung bình mùa cạn 16.4m3/s, lưu lượng kiệt trung bình đạt 1.1m3/s, lưu lượng kiệt xấp xỉ Tham khảo kết khảo sát liên quan gần cho thấy sông Văn Úc sông Cấm chiếm tỷ lệ lớn, 80% việc cung cấp lượng nước cho vùng cửa sơng ven biển Hải Phịng 2.4 Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển Đặc trưng thủy triều: thủy triều vùng ven biển đảo Hải Phòng nhật triều với biên độ dao động lớn Thông thường ngày xuất đỉnh triều (nước lớn) chân triều (nước rịng) Trung bình tháng có kỳ triều cường (spring tide), chu kỳ kéo dài 11-13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2,0-4,0 m Trong kỳ triều (neap tide) tính chất nhật triều giảm rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên: ngày xuất đỉnh triều (cao, thấp) Xu biến thiên mực nước địa điểm vùng biển Hải Phòng giống nhau; thời gian triều rút lớn triều dâng trung bình Hịn Dáu mũi Đồ Sơn 2giờ16’, Bạch Long Vĩ - 1giờ43’, cửa Nam Triệu - 1giờ15’, cảng Hải Phòng - 1giờ 05’ Hằng năm thủy triều có biên độ lớn vào tháng 5, 6, 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào tháng 3, 8, Mùa đông triều thấp vào ban ngày, mùa hè triều thấp vào ban đêm Đặc điểm dòng chảy: Dòng chảy ven bờ khu vực dịng tổng hợp, có thành phần dịng chảy triều, gió sóng Trong đó, dịng chảy triều thành phần nhật triều có vai trị định Dịng nhật triều có độ lớn áp đảo gấp 5-20 lần dòng bán nhật lớn nhiều lần dịng 1/4 ngày Vì vậy, dịng chảy có tính thuận nghịch phụ thuộc nhiều vào địa hình bờ, định hướng theo luồng lạch, cửa sông song song với đường bờ Dòng chảy chủ yếu dòng triều, mạnh vào tháng 6, 7, 12 1, yếu vào tháng 3, 4, năm Đặc điểm sóng biển: Do ảnh hưởng địa hình hướng bờ, sóng biển khu vực Cát Bà nói chung khơng lớn, trừ vào dịp đặc biệt có sóng bão Trên tồn vùng ven biển, chủ yếu sóng hướng bắc, đơng bắc thống trị vào mùa đơng, cịn sóng hướng đơng, đơng nam nam thống trị vào mùa hè Phân tích tính tốn với chuỗi số liệu quan trắc sóng Hịn Dấu giai đoạn 2000-2011 cho thấy hướng sóng thịnh hành chủ yếu hướng đông E với tân suất xuất 25%, hướng bắc N với tần suất xuất 35%, hướng đông nam SE với tần suất 15%, hướng đơng bắc 4,5%, hướng nam S 4,5% Tuy nhiên, sóng hướng bắc chủ yếu 0.2 mét, theo hướng sóng đơng, đơng nam lại đa số dao động khoảng 0.2-1.0 mét Trong sóng lớn 1.0 mét chiếm khoảng 13% Đặc điểm nhiệt độ nước: Nhiệt độ nước trung bình tháng khu vực nằm khoảng o 19 C đến 31oC Sự biến đổi nhiệt độ nước thể qua số liệu trung bình tháng từ năm 1993 kéo dài đến năm 2007 Biến trình nhiệt tuân theo trình nhiệt nước, đạt giá trị lớn rơi vào các: tháng (30.1 oC), tháng (30oC ), tháng (30oC) Thấp vào tháng cuối năm đầu năm: tháng (19.4 oC), tháng (19.4oC), tháng 12 (21.2oC) 2.5 Đặc điểm mơi trƣờng trầm tích khu vực Trầm tích tầng mặt: Thời kỳ mùa hè: tồn có loại chính, với cấp độ hạt thay đổi từ 0.0011 mm, hàm lượng cấp hạt 10.5 mm chiếm 5%, cấp hạt từ 0.250.01 mm chiếm 5070%, cấp hạt nhỏ 0.01 mm chiếm từ 1040% Các giá trị đường kính trung bình (Md), hệ số chọn lọc (S0), hệ số độ lệch (SK), hàm lượng phần trăm cấp hạt (%) thường thay đổi theo loại trầm tích có mối quan hệ với chế độ động lực, địa hình đặc trưng Thời kỳ mùa đông: cấp độ hạt thay đổi từ 0.001 mm đến mm, hàm lượng cấp hạt 10.5 mm chiếm 10%, cấp hạt từ 0.250.01 mm chiếm 500%, cấp hạt nhỏ 0.01 mm chiếm từ 1040% Các giá trị đường kính trung bình (Md), hệ số chọn lọc (S0), hệ số độ lệch (SK), hàm lượng phần trăm cấp hạt (%) có mối quan hệ với phức tạp Tổng hợp đặc điểm cấp hạt trầm tích tầng mặt cho bảng Trầm tích lơ lửng: nước ven bờ chủ yếu sông cung cấp, ngồi cịn sóng khuấy đục Nước cửa sơng từ cửa Thái Bình, Văn Úc đến cửa Cấm, Bạch Đằng, trầm tích lơ lửng có hàm lượng trung bình 300500 g/m3 vào mùa mưa, 50100 g/m3 vào mùa khơ Hàm lượng trầm tích lơ lửng cửa sông đưa đạt giá trị cao vào lúc mực nước thấp trung bình từ 1.51.86 m (so với m Hải đồ) Khi triều cường, trầm tích lơ lửng cửa sơng đưa biển bị trung hồ điện tích hạt keo dịng triều đưa trở lại vùng ven bờ biển Hải Phòng, bồi tụ cho trầm tích bãi triều Trung bình hàm lượng trầm tích lơ lửng nước ven bờ biển vào lúc triều cường mùa mưa 70100 g/m3 , mùa kiệt 2050 g/m3 Hàm lượng trầm tích lơ lửng nước ven bờ cửa sông Văn Úc, Thái Bình cao gấp hai, ba lần cửa Bạch Đằng Nhìn chung, trầm tích lơ lửng từ cửa sơng đưa cao, nhờ thuỷ triều trầm tích lơ lửng ngưng keo, bồi tụ trì, mở rộng diện tích bãi triều (Nguyễn Văn Cư, 2008 [2]) CHƢƠNG MÔ HÌNH ECOMSED ĐỐI VỚI BÀI TỐN MƠ PHỎNG LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG hai phép xấp xỉ: xấp xỉ thủy tính xấp xỉ boussinesq (Bryan, 1969) kết hợp với phương trình đóng kín rối dựa lý thuyết Mellor Yamaha (1974) Trong đó, hệ số khuyếch tán bình lưu xác định theo đề nghị Smagorinsky (1963) thành phần nhớt thẳng đứng xác định theo Mellor Yamaha năm 1982 [9,10] Mô tả sóng: Dự đốn động lực sóng định mơ hình GLERL hệ thống tọa độ cong trực giao Donelan phát triển năm 1977 sửa đổi Schwab năm 1984 Đây loại mơ hình tham số dựa phương pháp bảo tồn động lượng áp dụng cho sóng nước sâu (khi tỷ lệ độ sâu tới chiều dài sóng lớn 0.5) Hệ phương trình chủ đạo mơ tả cân động lượng địa phương việc vận chuyển lượng Mô tả động lượng đầu vào cho việc tính sóng đà sóng phụ thuộc vào chiều cao sóng tốc độ khác biệt sóng gió Một tính quan trọng tương lai mơ hình cung cấp trường sóng thời điểm phía sau gây có thay đổi nhanh chóng thành phần gió (Schwab, 1984) Mơ hình xác định bước thời gian tính tốn tự động dựa sức gió tối đa cho Đưa kết việc mô tả độ sâu ven biển mảng hai chiều theo thời gian phụ thuộc vào trường gió, dự báo chiều cao sóng có ý nghĩa, chu kỳ sóng hướng sóng [9] Mơ hình GLERL đưa dự đốn chiều cao sóng có nghĩa cho thấy phản ứng tốt với gió mạnh từ biến Như vậy, có số cải tiến so với GLERL ban đầu Thứ nhất, mơ hình sóng chuyển thành hệ thống phối hợp cong tận dụng lợi mạng lưới cong trực giao từ mơ hình thủy động lực ECOM Sau kết hợp với hiệu ứng ma sát sóng di chuyển vào vùng nước nơng Trong đó, mơ sóng dựa giả định lượng tiềm động có giá trị nhau, sử dụng sóng tuyến tính với vận tốc nhóm nửa tốc độ pha vùng nước sâu Mơ tả trầm tích: Tthành phần SED phần việc mô tả vận chuyển trầm tích ba chiều (3D) phát triển HydroQual Nó mơ thực tế q trình trầm tích ngưng keo, kết bơng khơng kết bơng loạt hệ thống thuỷ vực hồ, sông, vùng cửa sông, vũng vịnh ven biển Vào năm 1990, khái niệm tái lơ lửng trầm kết keo, lắng đọng kết tủa Lick (1984) đưa vào mơ hình ECOM để thành lập mơ hình ECOMSED Chỉ khoảng thời gian vài năm sau, mơ hình ECOMSED có nhiều thay đổi đáng kể Nổi cộm lên số vấn đề như: xây dựng điều kiện biên mở tổng quát, mô tả chất đánh dấu, mô ứng suất trượt đáy tốt thông qua mơ hình lớp biên đáy vật lý, tính đến tương tác sóng gió bề mặt, mơ q trình vận chuyển trầm tích khơng kết keo hòa tan ràng buộc khả đánh dấu Mở khả ứng dụng mơ hình ECOMSED hoạt động nghiên cứu vận chuyển bùn cát nhiều khu vực như: sông Pawtuxet Rhode Island (Ziegler 1994), hồ chứa Watts Bar Tennessee (Nisbet, 1995), vịnh Lavaca Texas (HydroQual 1998), vịnh Tannery Michigan (Cannelton Industries, 1998) vịnh Green Wisconsin (Shrestha cộng sự, 2000) Tiếp đến, thành phần SED ngày cấu hình để chạy kết hợp với mơ hình thủy động lực học mơ hình sóng (nếu mơ tả bao gồm sóng) Mơ hình SED sử dụng cấu trúc lưới phạm vi miền tính từ mơ hình thủy động lực học ECOM Q trình động lực trầm tích vốn có mơ hình bao gồm q trình tái lơ lửng trầm tích, vận chuyển lắng đọng trầm tích kết keo (kết dính) khơng kết keo (khơng kết dính) Trầm tích kết keo, đề cập đây, đại diện cho lớp trầm tích hạt mịn chất thải với kích thước đường kính hạt nhỏ 75m (kiểu loại đất sét phù sa) Trong lớp trầm tích khơng kết keo lại thơ hạt với kích thước đường kính từ 75m đến 500m (kiểu loại cát mịn cát trung) Cát khơng mịn sỏi thơ với kích thước đường kính hạt lớn 500m vận chuyển đáy khơng xem xét mơ hình ECOMSED trầm tích hạt thơ thơng thường bao gồm phần nhỏ đáy hệ thống cửa sông đại dương Sự ảnh hưởng thành phàn không đáng kể kết đầu mơ hình Cả hai q trình tái lơ lửng chế lắng đọng phụ thuộc vào ứng suất trượt lớp tương tác nước trầm tích Q trình tính tốn ứng suất trượt phía phần khơng thể tách rời q trình mơ vận chuyển trầm tích 3.3 Mơ hình thủy động lực Các phương trình chuyển động: V W 0 Z U U P U V U W fV KM Fx t z o x z z U V P V V V W fU KM Fy t z o y z z g P z o P( x, y, z, t ) Patn g o g ( x, y, z ' , t )dz ' z Phương trình bảo tồn nhiệt, mặn: V W KH F t z z z S S S V S W KH FS t z z z ( , S ) Khép kín rối (Mellor Yamaha, 1974): U 2 V 2 g KH z z o q2l q2l q2l U 2 V lE1 K M V q l W Kq z z t z z z lE g q q KH W Fl o z B1 q q q V q W Kq 2KM t z z z l W E2 L Trong đó: q2 /2 động rối l - chiều ngang quy mô rối 3.4 Mơ hình sóng Phương trình bảo tồn động lượng [9,10] M 1 t M 2 t h1h2 h2T h1T12 1 1 h1h2 h2T h1T22 1 w 1 w w 2 w Hai thành phần động lượng M 1 g M 2 g 0 F f , C f F f , C f cos d df sin d df Các thành phần thông lượng động lượng sóng: q q Fq z B1l T11 g F f , cos2 d df 0 T12 T21 T22 g F f , sin cos d df 0 0 g F f , sin d df 0 0 F ( f , ) E f cos 0 3.5 Mơ hình lan truyền trầm tích lơ lửng Phương trình vận chuyển trầm tích: Ck UCk VCk W Ws ,k Ck Ck AH t x y z x x Ck Ck y AH y z AH z Trong đó: k = 1, k = đặc trưng cho loại vật chất: kết dính (d50
Ngày đăng: 11/07/2021, 22:29
Xem thêm:
